(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部と、前記発電部に冷却液を循環させて発電部の熱エネルギーを回収する排熱回収側循環回路と、液体を循環及び／又は通過させて熱エネルギーを貯留及び／又は消費する熱消費側回路と、排熱回収側循環回路及び熱消費側回路の一部を構成し排熱回収側循環回路から熱消費側回路に熱エネルギーを移動させる排熱・消費熱交換器とを備えたコージェネレーションシステムにおいて、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度を検知する冷却液温度検知手段と、排熱・消費熱交換器の下流側であって熱消費側回路を流れる液体の温度を検知する消費側温度検知手段と、排熱・消費熱交換器の熱消費側回路側に流入する液体の温度及び／又は流量を増減することができる消費側液制御手段とを備え、前記冷却液温度検知手段の検知温度と消費側温度検知手段の検知温度の双方に基づいて消費側液制御手段を制御し、
排熱回収側循環回路を流れる冷却液の目標温度を冷却液目標温度とし、
熱消費側回路は、湯水を貯留する貯留タンクを有していて熱エネルギーを貯留する機能を備え、排熱・消費熱交換器と貯留タンクの双方を含む貯湯循環回路があり、排熱・消費熱交換器には貯留タンクの下部側から湯水が供給され、排熱・消費熱交換器から吐出される湯水は貯留タンクの上部から注入され、貯留タンクをバイパスするバイパス流路を有し、
前記消費側液制御手段は、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度が冷却液目標温度よりも高い場合には、バイパス流路から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を減らし、貯留タンクの下部から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を増加させる様に動作することを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項２】
熱消費側回路であって排熱・消費熱交換器の下流側を流れる液体の目標温度を使用用途目標温度とし、消費側液制御手段は冷却液温度検知手段の検知温度が冷却液目標温度に一致する様に制御され、且つ消費側温度検知手段の検知温度と使用用途目標温度との偏差に応じて前記冷却液目標温度が補正されることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部と、前記発電部に冷却液を循環させて発電部の熱エネルギーを回収する排熱回収側循環回路と、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度を検知する冷却液温度検知手段を備えた熱源部に接続され、発電部で発生した熱エネルギーを貯留及び／又は消費する排熱利用装置において、液体を循環及び／又は通過させて熱エネルギーを消費及び／又は貯留する熱消費側回路と、排熱回収側循環回路及び熱消費側回路の一部を構成し排熱回収側循環回路から熱消費側回路に熱エネルギーを移動させる排熱・消費熱交換器と、排熱・消費熱交換器の下流側にあって熱消費側回路を流れる液体の温度を検知する消費側温度検知手段と、排熱・消費熱交換器の熱消費側回路側に流入する液体の温度及び／又は流量を増減することができる消費側液制御手段とを備え、前記冷却液温度検知手段の検知温度と消費側温度検知手段の検知温度の双方に基づいて消費側液制御手段を制御し、
排熱回収側循環回路を流れる冷却液の目標温度を冷却液目標温度とし、
熱消費側回路は、湯水を貯留する貯留タンクを有していて熱エネルギーを貯留する機能を備え、排熱・消費熱交換器と貯留タンクの双方を含む貯湯循環回路があり、排熱・消費熱交換器には貯留タンクの下部側から湯水が供給され、排熱・消費熱交換器から吐出される湯水は貯留タンクの上部から注入され、貯留タンクをバイパスするバイパス流路を有し、
前記消費側液制御手段は、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度が冷却液目標温度よりも高い場合には、バイパス流路から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を減らし、貯留タンクの下部から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を増加させる様に動作することを特徴とする排熱利用装置。
【請求項４】
電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部と、前記発電部に冷却液を循環させて発電部の熱エネルギーを回収する排熱回収側循環回路と、液体を循環及び／又は通過させて熱エネルギーを貯留及び／又は消費する熱消費側回路と、排熱回収側循環回路及び熱消費側回路の一部を構成し排熱回収側循環回路から熱消費側回路に熱エネルギーを移動させる排熱・消費熱交換器とを備え、
熱消費側回路は、湯水を貯留する貯留タンクを有していて熱エネルギーを貯留する機能を備え、排熱・消費熱交換器と貯留タンクの双方を含む貯湯循環回路があり、排熱・消費熱交換器には貯留タンクの下部側から湯水が供給され、排熱・消費熱交換器から吐出される湯水は貯留タンクの上部から注入され、貯留タンクをバイパスするバイパス流路を有したコージェネレーションシステムを制御するコージェネレーションシステムの制御方法において、
排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度と、排熱・消費熱交換器の下流側にあって熱消費側回路を流れる液体の温度の双方に基づいて排熱・消費熱交換器の熱消費側回路側に流入する液体の温度及び／又は流量を増減し、
排熱回収側循環回路を流れる冷却液の目標温度を冷却液目標温度とし、
排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度が冷却液目標温度よりも高い場合には、バイパス流路から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を減らし、貯留タンクの下部から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を増加させる様に動作させることを特徴とするコージェネレーションシステムの制御方法。
【請求項５】
圧縮手段、凝縮手段、膨張手段及び蒸発手段が環状に接続され相変化する冷媒液を循環させて熱エネルギーを発生させるヒートポンプ回路と、液体を循環及び／又は通過させて熱エネルギーを貯留及び／又は消費する熱消費側回路と、前記ヒートポンプ回路の凝縮手段及び熱消費側回路の一部を構成しヒートポンプ回路から熱消費側回路に熱エネルギーを移動させる凝縮・消費熱交換器とを備えたヒートポンプ式給湯装置において、ヒートポンプ回路の凝縮・消費熱交換器を流れる冷媒液の温度を検知する冷媒液温度検知手段と、凝縮・消費熱交換器の下流側であって熱消費側回路を流れる液体の温度を検知する消費側温度検知手段と、凝縮・消費熱交換器の熱消費側回路側に流入する液体の温度及び／又は流量を増減することができる消費側液制御手段とを備え、冷媒液の目標温度を冷媒液目標温度とし、熱消費側回路であって凝縮・消費熱交換器の下流側を流れる液体の目標温度を使用用途目標温度とし、消費側液制御手段は冷媒液温度検知手段の検知温度が冷媒液目標温度に一致する様に制御され、
熱消費側回路は、湯水を貯留する貯留タンクを有していて熱エネルギーを貯留する機能を備え、排熱・消費熱交換器と貯留タンクの双方を含む貯湯循環回路があり、排熱・消費熱交換器には貯留タンクの下部側から湯水が供給され、排熱・消費熱交換器から吐出される湯水は貯留タンクの上部から注入され、貯留タンクをバイパスするバイパス流路を有し、
前記消費側液制御手段は、排熱回収側循環回路を流れる冷媒液の温度が冷媒液目標温度よりも高い場合には、バイパス流路から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を減らし、貯留タンクの下部から凝縮・消費熱交換器に導入される湯水の量を増加させる様に動作することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コージェネレーションシステムに関するものであり、特に家庭用のコージェネレーションシステムに好適なものである。
また本発明は、ヒートポンプ式給湯装置に関するものであり、特に家庭用のヒートポンプ式給湯装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般家庭で使用する小型のコージェネレーションシステムが開発されている。このコージェネレーションシステムは、ガスエンジンを搭載した発電機や、燃料電池によって構成される発電部を備え、前記発電機や燃料電池によって電気エネルギーを発生させる。またこれらのガスエンジンや、燃料電池が発生する排熱を熱源として活用する。
【０００３】
ここで、一般家庭においては、電気を消費する時刻と、熱を消費する時刻は必ずしも一致しない。例えば夏期であれば電力需要が高いのは、クーラを使用する昼間であり、熱需要が高いのは風呂を使用する夕刻である。
そこで特許文献１に開示されたコージェネレーションシステムでは、貯留タンクを具備していて、当該貯留タンクに温水を溜めることによって熱エネルギーを貯留する構成を採用している。
即ち電力需要が高い時刻にガスエンジン等を駆動して発電を行う。そしてその際に発生する熱によって水を昇温し、この昇温した水（湯）を貯留タンクに溜置く。そして熱需要が高い時刻に、貯留タンクから湯をくみ出し、所望の用途に使用する。
【０００４】
特許文献１に開示されたコージェネレーションシステムでは、一次側が熱源たるガスエンジン側に接続された排熱・消費熱交換器を有している。そして当該排熱・消費熱交換器の二次側と貯留タンクを含む貯湯循環回路が形成されている。また貯留タンクを含む貯湯循環回路は、湯水で満たされている。
そして貯留タンクの底側から水を取り出して排熱・消費熱交換器の二次側に送水し、加熱後の湯水を貯留タンクの上部側から導入する。その結果、貯留タンク内の対流が少なくなり、貯留タンクの上部側に高温の湯が溜まり、貯留タンクの底側は低温の水が残る。即ち貯留タンクの内部に温度成層が形成されることとなる。
【０００５】
湯を消費する場合には、貯留タンクの底側から冷水を注入し、貯留タンクの上部に溜まった高温の湯を押し出す。
【０００６】
また特許文献２には、熱源側（ガスエンジン側）を流れる冷却水の水温に応じて、排熱・消費熱交換器の二次側を流れる水量を増減する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、家庭用のヒートポンプ式給湯装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２６３９１５号公報
【特許文献２】特開２００７−６４５１８号公報
【特許文献３】特開２００８−１３４０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、貯留タンク内に温度成層を形成し、貯留タンクの上部に高温の湯を溜めるためには、貯留タンクに導入する湯水の温度が一定以上でなければならない。
そこで本発明者らは、図１に示す様な配管系統を持つコージェネレーションシステム２００を試作した。
試作したコージェネレーションシステム２００は、熱源ユニット１０１と貯湯ユニット１０２によって構成されている。
熱源ユニット１０１は、ガスエンジン１０５で駆動される発電機１０６を搭載している。また熱源ユニット１０１には、ガスエンジン１０５に冷却液を循環させて熱エネルギーを回収する排熱回収側循環回路１０７がある。
【００１０】
排熱回収側循環回路１０７には、膨張タンク１１０と循環ポンプ１１１がある。そして排熱回収側循環回路１０７は、循環ポンプ１１１、ガスエンジン１０５、後記する排熱・消費熱交換器１１２の一次側流路及び膨張タンク１１０を環状に繋ぐものである。
排熱回収側循環回路１０７内には冷却液があり、当該冷却液は、循環ポンプ１１１で加圧されてガスエンジン１０５に入り、さらに排熱・消費熱交換器１１２の一次側流路を通過して膨張タンク１１０に入り、循環ポンプ１１１に戻る。
また排熱回収側循環回路１０７の排熱・消費熱交換器１１２の吐出側とガスエンジン１０５の吸い込み側との間には冷却液用温度センサー１０８が設けられ、ガスエンジン１０５に導入される冷却液の温度が監視されている。冷却液用温度センサー１０８のより具体的な位置は、膨張タンク１１０と循環ポンプ１１１の間である。
【００１１】
一方、貯湯ユニット１０２には貯留タンク１２０と、循環ポンプ１２１と、排熱・消費熱交換器１１２が内蔵されている。そして貯留タンク１２０と、循環ポンプ１２１と、排熱・消費熱交換器１１２の二次側流路が環状に接続されて貯湯循環回路（熱消費側回路）１２２が形成されている。
貯留タンク１２０を含む貯湯循環回路１２２内には湯水が満たされている。そして循環ポンプ１２１が起動すると、貯留タンク１２０の底側から循環ポンプ１２１に冷水が導入され、排熱・消費熱交換器１１２の二次側流路を経由して加熱された湯水が貯留タンク１２０の上部から注入される。
さらに排熱・消費熱交換器１１２の二次側流路の吐出側と、貯留タンク１２０の上部との間には、加熱水用温度センサー１１３が設けられており、排熱・消費熱交換器１１２から吐出される湯水の温度を監視している。
【００１２】
また特に試作したコージェネレーションシステム２００では、貯留タンク１２０を迂回するバイパス流路１２５が形成されている。そしてバイパス流路１２５と循環ポンプ１２１の上流側との間には、混合弁１２６が介在されている。
即ち混合弁１２６は、３個のポートを持ち、その一つは貯留タンク１２０の底側に接続され、他の一つはバイパス流路１２５の末端に接続され、残る一つが循環ポンプ１２１の上流側（吸い込み側）に接続されている。
【００１３】
試作したコージェネレーションシステム２００では、熱源ユニット１０１のガスエンジン１０５を起動し、循環ポンプ１１１を運転させることによって排熱回収側循環回路１０７に冷却液が循環する。そしてガスエンジン１０５に導入された冷却液はガスエンジン１０５の排熱で昇温され、排熱・消費熱交換器１１２の一次側流路を流れる。
【００１４】
一方、貯湯ユニット１０２側では、循環ポンプ１２１が起動され、貯留タンク１２０の底側から循環ポンプ１２１に冷水が導入され、排熱・消費熱交換器１１２の二次側流路を流れる。ここで排熱・消費熱交換器１１２の一次側流路は、排熱回収側循環回路１０７の一部を構成しており、熱源ユニット１０１側から高温の冷却液が流れるから、排熱回収側循環回路１０７の熱エネルギーが貯湯ユニット１０２の貯湯循環回路１２２に移動する。
その結果、排熱・消費熱交換器１１２の二次側流路を流れる湯水が加熱昇温する。
そして昇温した湯水の一部が貯留タンク１２０の上部から注入される。また昇温した湯水の残部はバイパス流路１２５を流れて循環ポンプ１２１の吸い込み側に戻る。
【００１５】
試作したコージェネレーションシステム２００では、前記した様に排熱・消費熱交換器１１２の二次側流路の吐出側と、貯留タンク１２０の上部との間に、加熱水用温度センサー１１３が設けられており、排熱・消費熱交換器１１２から吐出される湯水の温度を監視している。
そして試作したコージェネレーションシステム２００では、排熱・消費熱交換器１１２から吐出される湯水の温度を監視し、これが貯湯目標温度（使用用途目標温度）と一致する様に混合弁１２６の混合比率を調整する制御方式を採用した。ここで貯湯目標温度は、貯留タンク１２０に注入するのに適する温度であり、温度成層を構成することができる程度に高い温度である。例えば貯湯目標温度は摂氏８０度程度の温度である。
即ち試作したコージェネレーションシステム２００では、排熱・消費熱交換器１１２の二次側流路の吐出側と、貯留タンク１２０の上部との間に、加熱水用温度センサー１１３が設けられており、排熱・消費熱交換器１１２から吐出される湯水の温度を監視している。
そしてこの加熱水用温度センサー１１３の検知温度が例えば摂氏８０度といった所定の高温となる様に混合弁１２６の混合比率を調整する。より具体的には、加熱水用温度センサー１１３の検知温度が低い場合には、バイパス流路１２５から導入される湯水の量を増やし、貯留タンク１２０の下部から導入される湯水の量を減らす。そうすると循環ポンプ１２１に導入される湯水に高温の湯水が多く混じり、排熱・消費熱交換器１１２に導入される湯水の温度が上昇する。その結果、排熱・消費熱交換器１１２から吐出される湯水の温度が上昇し、排熱・消費熱交換器１１２から吐出される湯水の温度が貯湯目標温度（使用用途目標温度）に至る。
【００１６】
逆に、加熱水用温度センサー１１３の検知温度が高い場合には、バイパス流路１２５から導入される湯水の量を減らし、貯留タンク１２０の下部から導入される湯水の量を増加させる。その結果、循環ポンプ１２１に導入される湯水の温度が低下し、排熱・消費熱交換器１１２に導入される湯水の温度が低下する。その結果、排熱・消費熱交換器１１２から吐出される湯水の温度が下がって、排熱・消費熱交換器１１２から吐出される湯水の温度が貯湯目標温度（使用用途目標温度）に降下する。
【００１７】
しかしながら、試作したコージェネレーションシステム２００は、排熱・消費熱交換器１１２から吐出される湯水の温度が安定せず、予定した温度制御が出来ないものであった。
即ち試作したコージェネレーションシステム２００では、消費電力を極力小さくするために、貯湯ユニット１０２側の循環ポンプ１２１に容量の小さいものを選定した。そのため貯湯循環回路１２２（バイパス流路１２５を含む）を流れる湯水の流量が少なく、加熱水用温度センサー１１３の検知速度に若干の遅れが生じた。
これに対して混合弁１２６の反応は鋭敏であった。そのため加熱水用温度センサー１１３の検知速度と混合弁１２６の反応速度がマッチングせず、動作が不安定となった。即ち加熱水用温度センサー１１３の検知速度に対して混合弁１２６の反応速度が早すぎ、混合弁１２６がハンチングを起こしてしまった。
そこで混合弁１２６の反応速度を故意に遅らせる処置を施したが、外乱に対して追従が困難となってしまった。
即ち加熱水用温度センサー１１３の検知速度と混合弁１２６の反応速度がマッチングする領域は狭く、両者をマッチングさせることは実際上困難であった。
【００１８】
そこで次の方策として、ガスエンジン１０５に導入される冷却液の温度が一定となる様に混合弁１２６の混合比率を調整することとした。
即ちガスエンジン１０５を冷却する冷却液は、循環量を絞ることによる弊害が大きいために、比較的大容量の循環量が確保されている。
そのため熱源ユニット１０１側の冷却液用温度センサー１０８の反応速度は早い。
また冷却液の温度と、貯湯ユニット１０２の貯湯循環回路１２２を流れる湯水の温度の間には相関がある。
例えば貯湯循環回路１２２における排熱・消費熱交換器１１２の吐出側の温度と、排熱回収側循環回路１０７における排熱・消費熱交換器１１２の吐出側の温度は、一つの熱交換器の一次側出口温度と二次側出口温度の関係にあるから、強い正の相関がある。即ち排熱回収側循環回路１０７における排熱・消費熱交換器１１２の吐出側の温度が高い場合には貯湯循環回路１２２における排熱・消費熱交換器１１２の吐出側の温度も高い。逆に排熱回収側循環回路１０７における排熱・消費熱交換器１１２の吐出側の温度が低い場合には貯湯循環回路１２２における排熱・消費熱交換器１１２の吐出側の温度も低い。
【００１９】
上記した様に、ガスエンジン１０５に導入される冷却液の温度が一定となる様に混合弁１２６の混合比率を調整する制御を採用すると、冷却液用温度センサー１０８の検知速度と混合弁１２６の反応速度がマッチングし、貯湯循環回路１２２を流れる湯水の温度が安定した。
【００２０】
しかしながら、この方策によると、貯留タンク１２０に導入される湯の温度を正確に検知することができず、貯留タンク１２０に導入される湯の温度が貯湯目標温度（使用用途目標温度）から離れてしまう場合があった。
そこで本発明は上記した問題点に注目し、熱消費側回路の温度が安定し、且つ消費側の液体の温度を所定の使用用途目標温度に近づけることができるコージェネレーションシステム等を提供することを目的とする。
またヒートポンプ式給湯装置についても類似の問題がある。
そこで本発明は、冷媒液の温度が安定し、且つ消費側の液体の温度を所定の使用用途目標温度に近づけることができるヒートポンプ式給湯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部と、前記発電部に冷却液を循環させて発電部の熱エネルギーを回収する排熱回収側循環回路と、液体を循環及び／又は通過させて熱エネルギーを貯留及び／又は消費する熱消費側回路と、排熱回収側循環回路及び熱消費側回路の一部を構成し排熱回収側循環回路から熱消費側回路に熱エネルギーを移動させる排熱・消費熱交換器とを備えたコージェネレーションシステムにおいて、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度を検知する冷却液温度検知手段と、排熱・消費熱交換器の下流側であって熱消費側回路を流れる液体の温度を検知する消費側温度検知手段と、排熱・消費熱交換器の熱消費側回路側に流入する液体の温度及び／又は流量を増減することができる消費側液制御手段とを備え、前記冷却液温度検知手段の検知温度と消費側温度検知手段の検知温度の双方に基づいて消費側液制御手段を制御し、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の目標温度を冷却液目標温度とし、熱消費側回路は、湯水を貯留する貯留タンクを有していて熱エネルギーを貯留する機能を備え、排熱・消費熱交換器と貯留タンクの双方を含む貯湯循環回路があり、排熱・消費熱交換器には貯留タンクの下部側から湯水が供給され、排熱・消費熱交換器から吐出される湯水は貯留タンクの上部から注入され、貯留タンクをバイパスするバイパス流路を有し、前記消費側液制御手段は、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度が冷却液目標温度よりも高い場合には、バイパス流路から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を減らし、貯留タンクの下部から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を増加させる様に動作することを特徴とするコージェネレーションシステムである。
【００２２】
本発明のコージェネレーションシステムでは、冷却液温度検知手段の検知温度と消費側温度検知手段の検知温度の双方に基づいて消費側液制御手段を制御する。
一例として、試作したコージェネレーションシステム２００に構成要素を当てはめると、本発明では、熱源ユニット（熱源部）１０１側の冷却液用温度センサー（冷却液温度検知手段）１０８の検知温度と貯湯ユニット（排熱利用装置）１０２側の加熱水用温度センサー（消費側温度検知手段）１１３の検知温度の双方に基づいて混合弁（消費側液制御手段）１２６を制御する。
本発明のコージェネレーションシステムでは、冷却液温度検知手段の検知温度を考慮して消費側液制御手段を制御するので、排熱回収側循環回路の排熱・消費熱交換器から吐出される液体の温度が安定する。
また本発明のコージェネレーションシステムでは、消費側温度検知手段の検知温度を考慮して消費側液制御手段を制御するので、熱消費側回路の排熱・消費熱交換器から吐出される液体の温度は所望の目標温度に近いものとなる。
【００２３】
冷却液温度検知手段の検知温度と消費側温度検知手段の検知温度のいずれを主とし、いずれを従とするかは任意であるが、冷却液温度検知手段の検知温度を主とし、消費側温度検知手段の検知温度を従とすることが推奨される。即ち冷却液温度検知手段の検知温度を制御対象として消費側液制御手段を動作させ、補助的に消費側温度検知手段の検知温度を利用することが推奨される。
【００２４】
この思想を反映させた請求項２に記載の発明は、熱消費側回路であって排熱・消費熱交換器の下流側を流れる液体の目標温度を使用用途目標温度とし、消費側液制御手段は冷却液温度検知手段の検知温度が冷却液目標温度に一致する様に制御され、且つ消費側温度検知手段の検知温度と使用用途目標温度との偏差に応じて前記冷却液目標温度が補正されることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステムである。
【００２５】
本発明のコージェネレーションシステムでは、消費側液制御手段は冷却液温度検知手段の検知温度が冷却液目標温度に一致する様に制御されるから、排熱回収側循環回路の排熱・消費熱交換器から吐出される液体の温度が安定する。
また消費側温度検知手段の検知温度と使用用途目標温度との偏差に応じて前記冷却液目標温度が補正されるので、実際の消費側温度も消費側液制御手段の動きに反映される。そのため消費側温度が目標温度に近づく。
【００２６】
消費側液制御手段は混合弁であり、熱消費側回路は、湯水を貯留する貯留タンクを有していて熱エネルギーを貯留する機能を備え、排熱・消費熱交換器と貯留タンクの双方を含む貯湯循環回路があり、排熱・消費熱交換器には貯留タンクの下部側から湯水が供給され、排熱・消費熱交換器から吐出される湯水は貯留タンクの上部から注入され、貯留タンクをバイパスするバイパス流路を有し、前記混合弁はバイパス流路を流れる湯水と貯留タンクの下部から供給される湯水を混合することが可能な位置に設けられていることが望ましい。
【００２７】
上記した態様のコージェネレーションシステムでは、貯留タンクをバイパスするバイパス流路を有する。ここでバイパス流路には、排熱・消費熱交換器から吐出された湯水が流れるので、昇温された湯水が流れることとなる。
そして本発明では、バイパス流路を流れる昇温された湯水と、貯留タンクの下部から供給される低温の湯水が混合弁で混合されて適度の温度となる。そしてこの混合後の湯水が、排熱・消費熱交換器に導入されて再度加熱されるので、排熱・消費熱交換器から吐出される湯水が所望の温度に近いものとなる。即ち本発明は、排熱・消費熱交換器によって加熱される前の湯水の温度を、予め適温に調節するものであり、排熱・消費熱交換器から排出された湯水は所望の温度となっている。
【００２８】
また一つの態様として、電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部と、前記発電部に冷却液を循環させて発電部の熱エネルギーを回収する排熱回収側循環回路と、液体を循環及び／又は通過させて熱エネルギーを貯留及び／又は消費する熱消費側回路と、排熱回収側循環回路及び熱消費側回路の一部を構成し排熱回収側循環回路から熱消費側回路に熱エネルギーを移動させる排熱・消費熱交換器とを備えたコージェネレーションシステムにおいて、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度を検知する冷却液温度検知手段と、排熱・消費熱交換器の下流側にあって熱消費側回路を流れる液体の温度を検知する消費側温度検知手段とを備え、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の目標温度を冷却液目標温度とし、熱消費側回路であって排熱・消費熱交換器の下流側を流れる液体の目標温度を使用用途目標温度とし、冷却液温度検知手段の検知温度が冷却液目標温度に一致する様に熱消費側回路が制御され、且つ消費側温度検知手段の検知温度と使用用途目標温度との偏差に応じて前記冷却液目標温度が補正されることを特徴とするコージェネレーションシステムが考えられる。
【００２９】
本態様のコージェネレーションシステムについても、冷却液温度検知手段の検知温度が冷却液目標温度に一致する様に制御されるから、排熱回収側循環回路の排熱・消費熱交換器から吐出される液体の温度が安定する。
また消費側温度検知手段の検知温度と使用用途目標温度との偏差に応じて前記冷却液目標温度が補正されるので、実際の消費側温度も消費側液制御手段の動きに反映される。そのため消費側温度が目標温度に近づく。
【００３０】
請求項３に記載の発明は、電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部と、前記発電部に冷却液を循環させて発電部の熱エネルギーを回収する排熱回収側循環回路と、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度を検知する冷却液温度検知手段を備えた熱源部に接続され、発電部で発生した熱エネルギーを貯留及び／又は消費する排熱利用装置において、液体を循環及び／又は通過させて熱エネルギーを消費及び／又は貯留する熱消費側回路と、排熱回収側循環回路及び熱消費側回路の一部を構成し排熱回収側循環回路から熱消費側回路に熱エネルギーを移動させる排熱・消費熱交換器と、排熱・消費熱交換器の下流側にあって熱消費側回路を流れる液体の温度を検知する消費側温度検知手段と、排熱・消費熱交換器の熱消費側回路側に流入する液体の温度及び／又は流量を増減することができる消費側液制御手段とを備え、前記冷却液温度検知手段の検知温度と消費側温度検知手段の検知温度の双方に基づいて消費側液制御手段を制御し、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の目標温度を冷却液目標温度とし、熱消費側回路は、湯水を貯留する貯留タンクを有していて熱エネルギーを貯留する機能を備え、排熱・消費熱交換器と貯留タンクの双方を含む貯湯循環回路があり、排熱・消費熱交換器には貯留タンクの下部側から湯水が供給され、排熱・消費熱交換器から吐出される湯水は貯留タンクの上部から注入され、貯留タンクをバイパスするバイパス流路を有し、前記消費側液制御手段は、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度が冷却液目標温度よりも高い場合には、バイパス流路から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を減らし、貯留タンクの下部から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を増加させる様に動作することを特徴とする排熱利用装置である。
【００３１】
本発明の排熱利用装置でも、冷却液温度検知手段の検知温度を考慮して消費側液制御手段を制御するので、排熱回収側循環回路の排熱・消費熱交換器から吐出される液体の温度が安定する。
また本発明の排熱利用装置でも、消費側温度検知手段の検知温度を考慮して消費側液制御手段を制御するので、熱消費側回路の排熱・消費熱交換器から吐出される液体の温度は所望の目標温度に近いものとなる。
【００３２】
請求項４に記載の発明は、電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部と、前記発電部に冷却液を循環させて発電部の熱エネルギーを回収する排熱回収側循環回路と、液体を循環及び／又は通過させて熱エネルギーを貯留及び／又は消費する熱消費側回路と、排熱回収側循環回路及び熱消費側回路の一部を構成し排熱回収側循環回路から熱消費側回路に熱エネルギーを移動させる排熱・消費熱交換器とを備え、熱消費側回路は、湯水を貯留する貯留タンクを有していて熱エネルギーを貯留する機能を備え、排熱・消費熱交換器と貯留タンクの双方を含む貯湯循環回路があり、排熱・消費熱交換器には貯留タンクの下部側から湯水が供給され、排熱・消費熱交換器から吐出される湯水は貯留タンクの上部から注入され、貯留タンクをバイパスするバイパス流路を有したコージェネレーションシステムを制御するコージェネレーションシステムの制御方法において、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度と、排熱・消費熱交換器の下流側にあって熱消費側回路を流れる液体の温度の双方に基づいて排熱・消費熱交換器の熱消費側回路側に流入する液体の温度及び／又は流量を増減し、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の目標温度を冷却液目標温度とし、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度が冷却液目標温度よりも高い場合には、バイパス流路から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を減らし、貯留タンクの下部から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を増加させる様に動作させることを特徴とするコージェネレーションシステムの制御方法である。
【００３３】
本発明のコージェネレーションシステムの制御方法では、排熱回収側循環回路を流れる冷却液の温度と、排熱・消費熱交換器の下流側にあって熱消費側回路を流れる液体の温度の双方に基づいて排熱・消費熱交換器の熱消費側回路側に流入する液体の温度や流量を増減するので、排熱回収側循環回路及び熱消費側回路の双方における排熱・消費熱交換器から吐出される液体の温度が安定し、且つ所望の目標温度に近いものとなる。
【００３４】
また同様の発想に基づいて完成された請求項５に記載の発明は、圧縮手段、凝縮手段、膨張手段及び蒸発手段が環状に接続され相変化する冷媒液を循環させて熱エネルギーを発生させるヒートポンプ回路と、液体を循環及び／又は通過させて熱エネルギーを貯留及び／又は消費する熱消費側回路と、前記ヒートポンプ回路の凝縮手段及び熱消費側回路の一部を構成しヒートポンプ回路から熱消費側回路に熱エネルギーを移動させる凝縮・消費熱交換器とを備えたヒートポンプ式給湯装置において、ヒートポンプ回路の凝縮・消費熱交換器を流れる冷媒液の温度を検知する冷媒液温度検知手段と、凝縮・消費熱交換器の下流側であって熱消費側回路を流れる液体の温度を検知する消費側温度検知手段と、凝縮・消費熱交換器の熱消費側回路側に流入する液体の温度及び／又は流量を増減することができる消費側液制御手段とを備え、冷媒液の目標温度を冷媒液目標温度とし、熱消費側回路であって凝縮・消費熱交換器の下流側を流れる液体の目標温度を使用用途目標温度とし、消費側液制御手段は冷媒液温度検知手段の検知温度が冷媒液目標温度に一致する様に制御され、熱消費側回路は、湯水を貯留する貯留タンクを有していて熱エネルギーを貯留する機能を備え、排熱・消費熱交換器と貯留タンクの双方を含む貯湯循環回路があり、排熱・消費熱交換器には貯留タンクの下部側から湯水が供給され、排熱・消費熱交換器から吐出される湯水は貯留タンクの上部から注入され、貯留タンクをバイパスするバイパス流路を有し、前記消費側液制御手段は、排熱回収側循環回路を流れる冷媒液の温度が冷媒液目標温度よりも高い場合には、バイパス流路から排熱・消費熱交換器に導入される湯水の量を減らし、貯留タンクの下部から凝縮・消費熱交換器に導入される湯水の量を増加させる様に動作することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置である。
【００３５】
本発明のヒートポンプ式給湯装置では、消費側液制御手段は冷媒液温度検知手段の検知温度が冷媒液目標温度に一致する様に制御されるから、ヒートポンプ回路の凝縮・消費熱交換器から吐出される液体の温度が安定する。
また消費側温度検知手段の検知温度と使用用途目標温度との偏差に応じて前記冷媒液目標温度が補正されるので、実際の消費側温度も消費側液制御手段の動きに反映される。そのため消費側温度が目標温度に近づく。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のコージェネレーションシステム、排熱利用装置及びコージェネレーションシステムの制御方法によると、熱消費側回路の液体の温度が安定し、且つ消費側の液体の温度が所定の使用用途目標温度に近いものとなる。
また本発明のヒートポンプ式給湯装置では、冷媒液の温度が安定し、且つ消費側の液体の温度も所定の使用用途目標温度に近いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態のコージェネレーションシステム及び試作したコージェネレーションシステムの作動原理図である。
【図２】本発明の他の実施形態のコージェネレーションシステムの作動原理図である。
【図３】図２の実施形態の作動原理図であって、加熱循環回路を示す。
【図４】図２の実施形態の作動原理図であって、貯湯循環回路を示す。
【図５】図２の実施形態の作動原理図であって、バイパス路を示す。
【図６】図２の実施形態の作動原理図であって、給湯回路を示す。
【図７】図２の実施形態の作動原理図であって、貯湯運転時における湯水及び冷却液の流れを示す。
【図８】図２の実施形態の作動原理図であって、給湯運転時における湯水及び冷却液の流れを示す。
【図９】図２の実施形態の作動原理図であって、熱源部の運転中に給湯運転が実行された場合の湯水及び冷却液の流れを示す。
【図１０】図２の実施形態の作動原理図であって、熱源部の運転中に暖房運転が実行された場合の湯水及び冷却液の流れを示す。
【図１１】図２の実施形態の作動原理図であって、熱源部の運転中に追い焚き運転が実行された場合の湯水及び冷却液の流れを示す。
【図１２】本発明の実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動原理図である。
【図１３】本発明の他の実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。
本実施形態のコージェネレーションシステム１００の機械的構成は、先に試作したコージェネレーションシステム２００と同一であり、作動原理図は共通である。
即ちコージェネレーションシステム１００は、熱源ユニット１０１と貯湯ユニット１０２によって構成されている。
熱源ユニット１０１は、ガスエンジン１０５で駆動される発電機１０６を搭載している。また熱源ユニット１０１には、ガスエンジン１０５に冷却液を循環させて熱エネルギーを回収する排熱回収側循環回路１０７がある。
【００３９】
排熱回収側循環回路１０７内には冷却液があり、当該冷却液は、循環ポンプ１１１からガスエンジン１０５に入り、さらに排熱・消費熱交換器１１２の一次側流路を通過して膨張タンク１１０に入り、循環ポンプ１１１に戻る。また排熱回収側循環回路１０７の排熱・消費熱交換器１１２の吐出側とガスエンジン１０５の導入側との間には冷却液用温度センサー１０８が設けられ、ガスエンジン１０５に導入される冷却液の温度が監視されている。同時に排熱・消費熱交換器１１２を通過して熱を奪われた後の冷却液の温度が監視されているとも言える。
【００４０】
一方、貯湯ユニット１０２には貯留タンク１２０と、循環ポンプ１２１と、排熱・消費熱交換器１１２が内蔵されている。貯留タンク１２０を含む貯湯循環回路１２２内には湯水が満たされている。そして循環ポンプ１２１が起動すると、貯留タンク１２０の底側から循環ポンプ１２１に冷水が導入され、排熱・消費熱交換器１１２の二次側流路を経由して加熱された湯水が貯留タンク１２０の上部から注入される。排熱・消費熱交換器１１２の二次側流路の吐出側と、貯留タンク１２０の上部との間には、加熱水用温度センサー１１３が設けられており、排熱・消費熱交換器１１２から吐出される湯水の温度を監視している。
【００４１】
またコージェネレーションシステム１００では、貯留タンク１２０を迂回するバイパス流路１２５が形成されている。そしてバイパス流路１２５と循環ポンプ１２１の上流側との間には、混合弁（消費側液制御手段）１２６が介在されている。
【００４２】
そして本実施形態のコージェネレーションシステム１００では、排熱・消費熱交換器１１２の一次側から吐出された冷却水の温度と、排熱・消費熱交換器１１２の二次側から吐出された湯水の温度の双方に基づいて混合弁１２６が制御される。
より具体的には、排熱・消費熱交換器１１２の一次側の下流側に設けられた冷却液用温度センサー（冷却液温度検知手段）１０８の検知温度と、排熱・消費熱交換器１１２の二次側の下流側に設けられた加熱水用温度センサー（消費側温度検知手段）１１３の検知温度に基づいて混合弁１２６が制御される。
【００４３】
ここで二つの温度センサー１０８，１１３の混合弁１２６の制御に対する寄与は、対等ではなく、冷却液の温度を検知する熱源ユニット１０１側の冷却液用温度センサー１０８が主体となって混合弁１２６が制御され、補助的に貯湯ユニット１０２側の加熱水用温度センサー（消費側温度検知手段）１１３の検知温度が使用される。
【００４４】
より具体的には、冷却液用温度センサー１０８の検知温度が所定の冷却液目標温度に一致する様に、混合弁１２６の開度がフィードバック制御される。
即ち冷却液用温度センサー１０８の検知温度が冷却液目標温度よりも高い場合には、混合弁１２６のバイパス流路１２５側の開度が閉鎖方向に動作し、貯留タンク１２０の底側と繋がる側の開度が開く方向に動作する。
その結果、排熱・消費熱交換器１１２の二次側に供給される湯水の温度が低下し、一次側を流れる冷却液との温度差が増大して一次側の冷却液から、より多くの熱を奪う。その結果一次側を流れる冷却液の温度が低下し、冷却液目標温度に近づく。
【００４５】
逆に冷却液用温度センサー１０８の検知温度が冷却液目標温度よりも低い場合には、混合弁１２６のバイパス流路１２５側の開度が開く方向に動作し、貯留タンク１２０の底側と繋がる側の開度が閉鎖方向に動作する。
その結果、排熱・消費熱交換器１１２の二次側に供給される湯水の温度が上昇し、一次側を流れる冷却液との温度差が減少して一次側の冷却液から奪う熱量が減少する。その結果一次側を流れる冷却液の温度が上昇し、冷却液目標温度に近づく。
【００４６】
また前記した様に本実施形態では、補助的に貯湯ユニット１０２側の加熱水用温度センサー（消費側温度検知手段）１１３の検知温度が参酌される。
即ち貯湯ユニット１０２側の加熱水用温度センサー（消費側温度検知手段）１１３の検知温度が貯湯目標温度（使用用途目標温度）から外れた場合には、冷却液目標温度を変更することとした。
具体的に説明すると、加熱水用温度センサー（消費側温度検知手段）１１３の検知温度が貯湯目標温度（使用用途目標温度）よりも高い場合には、冷却液目標温度を下げる。
その結果、冷却液用温度センサー１０８の現在の検知温度が補正後の冷却液目標温度よりも高い状態となり、混合弁１２６のバイパス流路１２５側の開度が閉鎖方向に動作し、貯留タンク１２０の底側と繋がる側の開度が開く方向に動作する。
その結果、排熱・消費熱交換器１１２の二次側に供給される湯水の温度が低下し、一次側を流れる冷却液との温度差が増大して一次側の冷却液からより多くの熱を奪う。その結果一次側を流れる冷却液の温度が低下し、冷却液目標温度に近づく。
また排熱・消費熱交換器１１２の二次側に供給される湯水の温度が低下するので、排熱・消費熱交換器１１２の二次側から吐出される湯水の温度も低下し、その後の排熱・消費熱交換器１１２の二次側から吐出される湯水の温度が貯湯目標温度に近づく。
【００４７】
逆に加熱水用温度センサー１１３の検知温度が貯湯目標温度よりも低い場合には、冷却液目標温度を上げる。
その結果、冷却液用温度センサー１０８の現在の検知温度が補正後の冷却液目標温度よりも低い状態となり、混合弁１２６のバイパス流路１２５側の開度が開く方向に動作し、貯留タンク１２０の底側と繋がる側の開度が閉じる方向に動作する。
その結果、排熱・消費熱交換器１１２の二次側に供給される湯水の温度が上昇し、一次側を流れる冷却液との温度差が減少して一次側の冷却液から奪う熱量が減少する。その結果一次側を流れる冷却液の温度が上昇し、冷却液目標温度に近づく。
また排熱・消費熱交換器１１２の二次側に供給される湯水の温度が上昇するので、排熱・消費熱交換器１１２の二次側から吐出される湯水の温度も上昇し、その後の排熱・消費熱交換器１１２の二次側から吐出される湯水の温度が貯湯目標温度に近づく。
【００４８】
ただし、ガスエンジン１０５に供給する冷却液の温度には許容範囲があり、加熱水用温度センサー１１３の検知温度が貯湯目標温度よりいくら離れていたとしても許容範囲を越えて冷却液目標温度を補正することは制限されている。
即ちガスエンジン１０５に供給する冷却液の温度が過度に高い場合にはガスエンジン１０５内で冷却液が沸騰する懸念がありガスエンジン１０５がオーバーヒートしてしまう。一方、ガスエンジン１０５に供給する冷却液の温度が低くても、致命的な問題は生じないが、過度に低いとガスエンジン１０５の回転が円滑性を欠き、燃焼効率が低下する。
【００４９】
一般的にガスエンジン１０５に供給する冷却液の温度の上限は摂氏８０度程度である。ガスエンジン１０５に供給する冷却液の温度の下限は、厳密なものではないが、摂氏５０度程度に設定することが推奨される。
即ち冷却液目標温度は次の式の範囲である。
【００５０】
【数１】
0005828219.tif 000002
【００５１】
本実施形態では、予め冷却液目標温度の初期値が定められている。冷却液目標温度の初期値は、貯湯目標温度よりも低い温度である。
即ち排熱・消費熱交換器１１２の一次側には冷却液が流れ、二次側を流れる湯水と熱交換される。排熱・消費熱交換器１１２の一次側の入口では冷却液の温度が高く、出口側は低いものとなる。逆に排熱・消費熱交換器１１２の二次側の入口では湯水の温度が低く、湯水はしだいに昇温して吐出口では高いものとなる。
そのため排熱・消費熱交換器１１２の吐出側で比較すると、二次側の湯水の温度が一次側の冷却液の温度よりも高くなっている。
両者の差は、導入される湯水と冷却液との温度差、及び排熱・消費熱交換器１１２の変換効率に依存するが、概ね摂氏３度〜摂氏１２度程度である。
従って冷却液目標温度の初期値は、貯湯目標温度から摂氏３度〜摂氏１２度を引いた値であり、次式で表される。
【００５２】
【数２】
0005828219.tif 000003
【００５３】
また冷却液目標温度の補正量は、加熱水用温度センサー１１３の検知温度と貯湯目標温度との偏差に応じて増減される。
ただし、動作を安定化させる目的から、両者の偏差が一定量以下である場合には、補正を行わない。例えば両者の偏差が摂氏１度以下である場合には、偏差を反映させない。より推奨される範囲は、両者の偏差が摂氏０．８度以下である場合には、偏差を反映させない。
【００５４】
補正は、例えば一定時間内の偏差の積算に応じて決定する。例えば次式によって補正値を決める。
【００５５】
【数３】
0005828219.tif 000004
【００５６】
上記の式に代わって次式を使用してもよい。
【００５７】
【数４】
0005828219.tif 000005
【００５８】
以上、本発明の基本的構成について説明したが、実際に本発明を実施する際には他の構成部材が付加される。以下、周辺機器を含めた本発明の実施形態を説明する。
【００５９】
図２に示すコージェネレーションシステム１は、具体的には給湯・追い焚き・暖房装置であり、大別して熱源部２と排熱利用装置３とにより構成されるコージェネレーション系Ｓを形成している。熱源部２と排熱利用装置３はいずれもユニット化されている。
熱源部２は、ガスエンジン５を備えたものであり、コージェネレーション系Ｓの外にある電気機器等の外部負荷に電力を供給すると共に、発電に伴い発生した排熱により冷却液を加熱することができる。また、排熱利用装置３は、温水装置６（補助熱源）を備えたものであり、主として給湯栓７や床暖房やファンコンベクタ等の暖房装置８等に供給される湯水を加熱するものである。
【００６０】
コージェネレーションシステム１は、熱源部２および排熱利用装置３の駆動を司る制御部を持つ駆動制御装置（いずれも図示せず）を具備している。制御部は、熱源部２および排熱利用装置３に設けられた各センサの検知信号に基づいて弁の開閉を行ったり、循環ポンプ１６，４７やガスエンジン５、温水装置６等の駆動を司るものである。
【００６１】
熱源部２は、ガスエンジン５と、ガスエンジン５によって駆動する発電機１０を具備している。熱源部２において発生した電力は、コージェネレーション系Ｓの外部にある電気機器等の外部負荷に供給される。熱源部２は、ガスエンジン５を冷却するための排熱回収側循環回路１２を具備している。
【００６２】
排熱回収側循環回路１２は、排熱利用装置３側にある排熱・消費熱交換器３０を経由して湯水を循環させるものである。排熱回収側循環回路１２は、ガスエンジン５から排熱・消費熱交換器３０に向けて湯水を流す往き側冷却水路１３と、排熱・消費熱交換器３０からガスエンジン５側へと湯水を戻す戻り側冷却水路１５とから構成されている。排熱回収側循環回路１２内を流れる冷却液は、戻り側冷却水路１５の中途に設けられた循環ポンプ１６によって圧送される。そして戻り側冷却水路１５内を流れる湯水は、ガスエンジン５の駆動に伴い発生した排熱により加熱され往き側冷却水路１３へと流出する。
【００６３】
ガスエンジン５の排熱により加熱され、往き側冷却水路１３内を流れる湯水は、排熱・消費熱交換器３０へと流入する。そして排熱・消費熱交換器３０において熱交換を行い低温となった湯水は、戻り側冷却水路１５を介してガスエンジン５へと戻る。
【００６４】
戻り側冷却水路１５の中途には、上記した循環ポンプ１６の他に冷却液タンク（膨張タンク）２２が設けられている。冷却液タンク２２には、外部から湯水を供給するための給水管２７が設けられており、その中途に設けられている補給水弁２８によって冷却水タンク２２への給水量が調整される。
また戻り側冷却水路１５の中途であって、冷却液タンク２２と循環ポンプ１６との間には、冷却液用温度センサー２５が設けられ、ガスエンジン５に導入される冷却液の温度が監視されている。冷却液用温度センサー２５は排熱・消費熱交換器３０で熱を奪われた冷却液の温度を計るものであるとも言える。
【００６５】
排熱利用装置３は、燃料ガスを燃焼し湯水を加熱する温水装置６と、排熱回収側循環回路１２内を流れるガスエンジン５の排熱により加熱された湯水と熱交換を行う排熱・消費熱交換器３０と、貯留タンク３１とを具備している。排熱利用装置３は、貯湯循環回路４１（図４）と、ガスエンジン５および温水装置６において発生した熱によって加熱された湯水を給湯栓７を介して外部に供給する給湯回路３３（図６）とを備え、これに加えて暖房装置８等の熱負荷に接続される負荷循環回路３５と、湯水を浴槽に供給して循環させる浴槽循環回路３６とを有する。またバイパス流路１１（図５）を備えている。
また、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、図３に示される加熱循環回路３２が形成されている。
【００６６】
なお温水装置６は、内部に１系統の熱交換器６ａを備えたものであり、バーナ６ｂの熱を受けて内部を通過する湯水を加熱するものである。
本実施形態では、熱源たる温水装置６の熱交換器６ａと、排熱・消費熱交換器３０が直列に接続されている。ただし温水装置６をバイパスする温水装置バイパス路２３があり、三方弁５０によって温水装置６側と温水装置バイパス路２３側が切り換えられる。
【００６７】
加熱循環回路３２は、図３に示すように、排熱・消費熱交換器３０と熱交換部４５を含む循環回路である。
即ち加熱循環回路３２は、排熱・消費熱交換器３０の吐出側を起点とする高温湯往き側流路３８を有し、三方弁５０、温水装置バイパス路２３、熱交換部４５、混合弁（消費側液制御手段）４６、循環ポンプ４７を含んで排熱・消費熱交換器３０に戻る一連の循環回路である。また高温湯往き側流路３８の三方弁５０の手前の位置に加熱水用温度センサー２１が設けられている。
排熱・消費熱交換器３０と温水装置６（実際には三方弁５０）の間に設けられた加熱水用温度センサー２１は、排熱・消費熱交換器３０から吐出された直後の湯水の温度を測定するものである。
【００６８】
また高温湯往き側流路３８は、往き側分岐点６０で熱交換部４５側と給湯回路３３側に分岐され、図６に示す給湯回路３３側と接続されている。給湯往路８３は給湯混合弁８０に繋がる。
またさらに給湯往路８３からは、貯留タンク３１に至る貯留部給湯管８７が分岐されている。より具体的には、往き側分岐点６０から枝分けされた給湯往路８３は、分岐部Ｄ１において、給湯混合弁８０側と、貯留タンク３１に繋がる貯留部給湯管８７とに分岐されている。貯留部給湯管８７が分岐される分岐部Ｄ1 の上流側（温水装置６側）に、高温湯分配制御比例弁８４が設けられている。即ち高温湯分配制御比例弁８４は、給湯往路８３であって往き側分岐点６０と分岐部Ｄ1 の間に設けられている。
【００６９】
また貯留部給湯管８７はさらに分岐されて貯留タンク３１を迂回するバイパス流路１１が形成されている（図５）。そしてバイパス流路１１の末端は、混合弁４６の一つのポートに接続されている。
即ち混合弁４６は、３個のポートを持ち、その一つは熱交換部４５及び貯留タンク３１の底側に接続され、他の一つはバイパス流路１１の末端に接続され、残る一つが循環ポンプ４７の上流側に接続されている。
【００７０】
貯留タンク３１には、内部に貯留されている湯水の高さ方向の温度分布を検知するために、最上部温度センサ３４ａ、上部温度センサ３４ｂ、中部温度センサ３４ｃおよび下部温度センサ３４ｄが設けられている。
【００７１】
熱交換部４５は、加熱循環回路３２の一部を構成するものであり、熱交換分岐流路９４の先端に設けられており、負荷循環回路３５の中途に設けられた負荷熱交換器４２と、負荷熱交出口電磁弁５２とを有する流路４５ａと、浴槽循環回路３６の中途に設けられた追焚熱交換器４３と追焚熱交出口電磁弁５３とを有する流路４５ｂとが並列に配されたものである。そのため、負荷熱交換器４２および追焚熱交換器４３への湯水の流入は、負荷熱交出口電磁弁５２および追焚熱交出口電磁弁５３によって調整される。
【００７２】
負荷熱交換器４２に接続されている負荷循環回路３５は、暖房装置８に湯水を供給する回路である。
【００７３】
追焚熱交換器４３に接続されている浴槽循環回路３６は、浴槽側に繋がる回路である。
【００７４】
給湯回路３３は、具体的には、給湯混合弁８０を介して高温湯往き側流路３８の中途で分岐された給湯往路８３と、外部から湯水を供給する給水管８５とが接続されたものである。給水管８５は、給湯混合弁８０に接続されている。
【００７５】
給水管８５の中途には、外部から導入された湯水を貯留タンク３１側に向けて供給する貯留部給水管９１が接続されている。貯留部給水管９１は、貯留タンク３１の底部側に接続されている。
さらに、貯留タンク３１の上部には、給湯往路８３から分岐され、貯留タンク３１への湯水の流出入を行うための貯留部給湯管８７が接続されている。貯留タンク３１には、貯留部給湯管８７を通って貯留タンク３１の外部に流出する湯水と略同量の湯水が貯留部給水管９１を介して給水されるため、貯留タンク３１は常に満水状態に維持される。
【００７６】
続いて、本実施形態のコージェネレーションシステム１における湯水の流れについて説明する。
コージェネレーションシステム１は、多数の運転モードで駆動制御されるものであり、各モード毎に湯水の流れが異なる。
本明細書では、代表的なものに限って説明することとする。
運転モードには、貯留タンク３１に湯水を貯留する排熱貯留運転モードと、給湯栓７から湯水を排出する給湯運転モード、暖房モード及び追い焚きモードがある。
【００７７】
先ず、排熱貯留運転モードにおける湯水の流れについて、図７を参照しながら説明する。排熱貯留運転モードである場合、熱源部２においてガスエンジン５が駆動を開始し、それに伴い循環ポンプ１６が作動して排熱回収側循環回路１２内を湯水が循環し始める。排熱回収側循環回路１２内を流れる湯水は、ガスエンジン５の駆動に伴い発生する排熱により加熱される。
【００７８】
一方、排熱利用装置３では、循環ポンプ４７が駆動を開始し、貯留タンク３１の底部に設けられた貯留部排出管８９から貯留タンク３１内の湯水が循環ポンプ４７に流入する。そして循環ポンプ４７から吐出された湯水は、排熱・消費熱交換器３０においてガスエンジン５の排熱によって加熱された湯水と熱交換を行って加熱された後、高温湯往き側流路３８を流れ温水装置バイパス路２３を経由して流れ、貯留部給湯管８７に入る。
そして排熱・消費熱交換器３０から排出された湯水の一部が貯留タンク３１に入り、残部は、バイパス流路１１を経由して流れ、混合弁４６に入る。
【００７９】
ここで本実施形態では、先の実施形態と同様に、熱源部２側の冷却液用温度センサー２５の検知温度が所定の冷却液目標温度に一致する様に、混合弁４６の開度がフィードバック制御される。
そのため排熱・消費熱交換器３０に供給される湯水の温度が調整され、排熱・消費熱交換器３０の一次側を流れる冷却液が冷却液目標温度に一致する。
【００８０】
また排熱利用装置３側の加熱水用温度センサー（消費側温度検知手段）２１の検知温度と貯湯目標温度（使用用途目標温度）との偏差に応じて冷却液目標温度が補正される。補正のための関数は、前記した実施形態と同一である。
その結果、排熱・消費熱交換器３０の二次側から吐出される湯水の温度が調整され、貯湯目標温度に近づく。
そして貯湯目標温度に近い温度の湯水が貯留タンク３１に供給され、貯留タンク３１内に温度成層を構成する。
【００８１】
貯留タンク３１内に貯留されている湯水の略全体が所定温度以上となると、排熱貯湯モードによる湯水の貯留が完了する。
【００８２】
コージェネレーションシステム１を使用して給湯を行う場合の湯水の流れは、図８の通りである。即ちガスエンジン５が停止した状態の時に、給湯栓７が開栓されると、給水管８５を介して外部から供給される低温の水の一部は、給湯混合弁８０に向けて供給される。一方、外部から供給される低温の水の一部は、給水管８５から分岐された貯留部給水管９１を介して貯留タンク３１の底部に流入する。貯留タンク３１の底部から湯水が流入すると、この湯水によって貯留タンク３１内に貯留されている湯水が上方に押し上げられ、貯留タンク３１の上部側に貯留されている高温の湯水が貯留部給湯管８７から排出される。貯留部給湯管８７から排出された湯水は給湯往路８３内を流れ、給湯混合弁８０側へと流れ、給水管８５を介して供給された低温の水と混合されて適温となり、給湯回路３３を介して給湯栓７から排出される。
【００８３】
一方、ガスエンジン５が駆動している状態のときに給湯栓７が開栓された場合の湯水の流れは、図９の通りであり、給湯栓７が開栓されると、給水管８５を介して外部から供給される低温の水の一部が、直接排熱・消費熱交換器３０に導入されて昇温される。
この場合についても、排熱貯留運転モードと同様に、熱源部２側の冷却液用温度センサー２５の検知温度が所定の冷却液目標温度に一致する様に、混合弁４６の開度がフィードバック制御される。
そのため排熱・消費熱交換器３０に供給される湯水の温度が調整され、排熱・消費熱交換器３０の一次側を流れる冷却液が冷却液目標温度に一致する。
【００８４】
またこの場合も、排熱利用装置３側の加熱水用温度センサー（消費側温度検知手段）２１の検知温度を参酌して冷却液目標温度が補正される。しかしながら、給湯が実行されている際の加熱水側の目標温度は、必ずしも貯湯目標温度とは一致しない。即ち給湯が実行されている際には、加熱水用温度センサー２１の検知温度と、給湯時目標温度との偏差に基づいて冷却液目標温度が補正される。
【００８５】
また本実施形態のコージェネレーションシステム１では、暖房運転や風呂追い焚き運転が可能である。
ガスエンジン５が駆動している状態のときに暖房運転が実行された場合の湯水の流れは、図１０の通りであり、風呂追い焚き運転が実行された場合の湯水の流れは、図１１の通りである。
【００８６】
いずれの場合についても排熱利用装置３側の加熱水用温度センサー（消費側温度検知手段）２１の検知温度を参酌して冷却液目標温度が補正される。しかしながら、追い焚き運転や暖房運転が実行されている際の加熱水側の目標温度は、必ずしも貯湯目標温度とは一致しない。即ち風呂追い焚き運転が実行されている際には、加熱水用温度センサー２１の検知温度と、風呂追い焚き目標温度との偏差に基づいて冷却液目標温度が補正される。
また暖房運転が実行されている際の加熱水側の目標温度は、加熱水用温度センサー２１の検知温度と、暖房運転目標温度との偏差に基づいて冷却液目標温度が補正される。
【００８７】
以上説明した実施形態では、消費側液制御手段として混合弁を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２ポートの流量制御弁や流量可変型のポンプを採用することも可能である。
【００８８】
また上記した実施形態では、冷却液温度検知手段として冷却液用温度センサー１０８，２５を使用し、これらのセンサーは、いずれも膨張タンク１１０，２２と循環ポンプ１１１，１６の間に設けた。即ち上記した実施形態では、排熱回収側循環回路１０７，１２によって熱を奪われた後、加熱も冷却もされない状態の冷却液の温度を検知する構成を採用した。
しかし冷却液温度検知手段の取付け位置は、この位置に限定されるものではなく、排熱回収側循環回路１０７，１２のいずれかに設けられておればよい。例えばガスエンジン１０５，５の吐出側から排熱・消費熱交換器１１２，３０に至る間に冷却液温度検知手段を設けてもよい。この場合、冷却液目標温度の初期値は、貯湯目標温度よりも高い温度となる。
【００８９】
ただし排熱・消費熱交換器１１２，３０の上流側の温度は、熱消費側回路の排熱・消費熱交換器１１２，３０の吐出側温度の温度変化に対して反応が鈍いので、排熱回収側循環回路１０７，１２によって熱を奪われた後の冷却液の温度を検知する構成を採用することが望ましい。
そのため冷却液用温度センサー１０８，２５の取付け位置は、排熱回収側循環回路の排熱・消費熱交換器１１２，３０の吐出側の直後、膨張タンク１１０，２２の前後、循環ポンプ１１１，１６の前後及びガスエンジン１０５，５の直前のいずれかであることが望ましい。
【００９０】
本発明は、コージェネレーションシステムの改良を端緒として完成されたものであるが、本発明の技術思想は、ヒートポンプ式給湯装置１５０，１７０にも応用することができる。
即ちヒートポンプ式給湯装置１５０，１７０は、コージェネレーションシステム１，１００と共通点が多く、技術的問題点も共通してる場合が多い。
具体的には、コージェネレーションシステム１，１００の排熱回収側循環回路１０７，１２と同様の機能を発揮するものとして、ヒートポンプ式給湯装置１５０，１７０では、ヒートポンプ回路１６０がある。またヒートポンプ式給湯装置１５０，１７０についても、貯湯循環回路（熱消費側回路）１２２，４１を持つものが多い。さらにコージェネレーションシステム１，１００の排熱・消費熱交換器１１２，３０と同様の機能を発揮するものとして、ヒートポンプ式給湯装置では、凝縮・消費熱交換器１５７，１７１がある。
【００９１】
以下、図１２を参照しつつ、本発明の技術思想を応用したヒートポンプ式給湯装置１５０を説明する。
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置１５０の機械的構成は、先に試作したコージェネレーションシステム１００と共通するものが多い。
即ちヒートポンプ式給湯装置１５０は、前記したコージェネレーションシステム１００の熱源ユニット１０１に代わってヒートポンプユニット１５１を有している。またヒートポンプ式給湯装置１５０は、前記したコージェネレーションシステム１００と同様に貯湯ユニット１５２を備えている。
ヒートポンプユニット１５１は、圧縮機１５３と、膨張弁１５５と、蒸発器１５６を備えている。そして、圧縮機１５３と、貯湯ユニット１５２側の凝縮・消費熱交換器１５７と膨張弁１５５及び蒸発器１５６が環状に繋がれ、相変化する冷媒液を循環させて熱エネルギーを発生させる。
【００９２】
即ち圧縮機１５３と、貯湯ユニット１５２側の凝縮・消費熱交換器１５７と膨張弁１５５及び蒸発器１５６が環状に繋がれてヒートポンプ回路１６０が構成され、当該ヒートポンプ回路１６０内には相変化する冷媒があり、当該冷媒は、圧縮機１５３から凝縮・消費熱交換器１５７に入り、凝縮・消費熱交換器１５７の一次側流路を通過して膨張弁１５５に入り、蒸発器１５６を経て圧縮機１５３に戻る。また内部の冷媒は、圧縮機１５３で圧縮される前の段階では気体であり、圧縮機１５３で断熱圧縮されて昇温する。そして凝縮・消費熱交換器１５７で熱を奪われて液化し、膨張弁１５５を経て蒸発器１５６に入り、再度気化して圧縮機１５３に戻る。
【００９３】
本実施形態では、凝縮・消費熱交換器１５７の一次側に第１冷媒液用温度センサー１６１が設けられており、凝縮・消費熱交換器１５７の一次側を流れる冷媒液の温度を監視している。またヒートポンプ回路１６０の凝縮・消費熱交換器１５７の吐出側と膨張弁１５５の導入側との間には第２冷媒液用温度センサー１６２が設けられ、凝縮・消費熱交換器１５７の一次側から吐出される冷媒液の温度が監視されている。即ち凝縮・消費熱交換器１５７を通過して熱を奪われた後の冷媒液の温度が監視されている。
【００９４】
貯湯ユニット１５２の構成は、図１の実施形態と大差なく、貯留タンク１２０と、循環ポンプ１２１と、凝縮・消費熱交換器１５７が内蔵されている。貯湯ユニット１５２の構成は、図１の実施形態と大差無いので、詳細な説明を省略する。
【００９５】
そして本実施形態のヒートポンプ式給湯装置１５０では、凝縮・消費熱交換器１５７の一次側から吐出された冷媒液の温度と、凝縮・消費熱交換器１５７の二次側から吐出された湯水の温度の双方に基づいて混合弁１２６が制御される。
より具体的には、凝縮・消費熱交換器１５７の一次側の下流側に設けられた第２冷媒液用温度センサー（冷媒液温度検知手段）１６２の検知温度と、凝縮・消費熱交換器１５７の二次側の下流側に設けられた加熱水用温度センサー（消費側温度検知手段）１１３の検知温度に基づいて混合弁１２６が制御される。
【００９６】
ここで二つの温度センサー１６２，１１３の混合弁１２６の制御に対する寄与は、対等ではなく、冷媒液の温度を検知するヒートポンプユニット１５１側の第２冷媒液用温度センサー１６２が主体となって混合弁１２６が制御され、補助的に貯湯ユニット１５２側の加熱水用温度センサー１１３の検知温度が使用される。
【００９７】
より具体的には、第２冷媒液用温度センサー１６２の検知温度が所定の冷媒液目標温度に一致する様に、混合弁１２６の開度がフィードバック制御される。
即ち第２冷媒液用温度センサー１６２の検知温度が冷媒液目標温度よりも高い場合には、混合弁１２６のバイパス流路１２５側の開度が閉鎖方向に動作し、貯留タンク１２０の底側と繋がる側の開度が開く方向に動作する。
その結果、凝縮・消費熱交換器１５７の二次側に供給される湯水の温度が低下し、一次側を流れる冷媒液（この段階では気体）との温度差が増大して一次側の冷媒液から、より多くの熱を奪う。その結果一次側を流れる冷媒液の温度が低下し、冷媒液目標温度に近づく。
【００９８】
逆に第２冷媒液用温度センサー１６２の検知温度が冷媒液目標温度よりも低い場合には、混合弁１２６のバイパス流路１２５側の開度が開く方向に動作し、貯留タンク１２０の底側と繋がる側の開度が閉鎖方向に動作する。
その結果、凝縮・消費熱交換器１５７の二次側に供給される湯水の温度が上昇し、一次側を流れる冷媒液（この段階では気体）との温度差が減少して一次側の冷媒液から奪う熱量が減少する。その結果一次側を流れる冷媒液の温度が上昇し、冷媒液目標温度に近づく。
【００９９】
また前記した様に本実施形態では、補助的に貯湯ユニット１５２側の加熱水用温度センサー（消費側温度検知手段）１１３の検知温度が参酌される。
即ち貯湯ユニット１５２側の加熱水用温度センサー（消費側温度検知手段）１１３の検知温度が貯湯目標温度（使用用途目標温度）から外れた場合には、冷媒液目標温度を変更する。
具体的に説明すると、加熱水用温度センサー１１３の検知温度が貯湯目標温度（使用用途目標温度）よりも高い場合には、冷媒液目標温度を下げる。
その結果、第２冷媒液用温度センサー１６２の現在の検知温度が補正後の冷媒液目標温度よりも高い状態となり、混合弁１２６のバイパス流路１２５側の開度が閉鎖方向に動作し、貯留タンク１２０の底側と繋がる側の開度が開く方向に動作する。
その結果、凝縮・消費熱交換器１５７の二次側に供給される湯水の温度が低下し、一次側を流れる冷媒液との温度差が増大して一次側の冷媒液からより多くの熱を奪う。その結果一次側を流れる冷媒液の温度が低下し、冷媒液目標温度に近づく。
また凝縮・消費熱交換器１５７の二次側に供給される湯水の温度が低下するので、凝縮・消費熱交換器１５７の二次側から吐出される湯水の温度も低下し、その後の凝縮・消費熱交換器１５７の二次側から吐出される湯水の温度が貯湯目標温度に近づく。
【０１００】
逆に加熱水用温度センサー１１３の検知温度が貯湯目標温度よりも低い場合には、冷媒液目標温度を上げる。
その結果、第２冷媒液用温度センサー１６２の現在の検知温度が補正後の冷媒液目標温度よりも低い状態となり、混合弁１２６のバイパス流路１２５側の開度が開く方向に動作し、貯留タンク１２０の底側と繋がる側の開度が閉じる方向に動作する。
その結果、凝縮・消費熱交換器１５７の二次側に供給される湯水の温度が上昇し、一次側を流れる冷媒液との温度差が減少して一次側の冷媒液から奪う熱量が減少する。その結果一次側を流れる冷媒液の温度が上昇し、冷媒液目標温度に近づく。
また凝縮・消費熱交換器１５７の二次側に供給される湯水の温度が上昇するので、凝縮・消費熱交換器１５７の二次側から吐出される湯水の温度も上昇し、その後の凝縮・消費熱交換器１５７の二次側から吐出される湯水の温度が貯湯目標温度に近づく。
【０１０１】
以上説明した実施形態では、第２冷媒液用温度センサー１６２の検知温度が所定の冷媒液目標温度に一致する様に、混合弁１２６の開度をフィードバック制御したが、第１冷媒液用温度センサー１６１の検知温度が所定の冷媒液目標温度に一致する様に、混合弁１２６の開度をフィードバック制御してもよい。
【０１０２】
また前記した図２の様な周辺機器を有する構成としてもよい。
図１３に示すヒートポンプ式給湯装置１７０の各構成は、前記した図２と同一であるから、同一の部材に同一の番号を付して重複した説明を省略する。図１３に示すヒートポンプ式給湯装置１７０では、符番１７１が付された部材が、凝縮・消費熱交換器である。
【符号の説明】
【０１０３】
１      コージェネレーションシステム
２      熱源部
３      排熱利用装置
５      ガスエンジン
６      温水装置
８      暖房装置
１０    発電機
１１    バイパス流路
１２    排熱回収側循環回路
１６    循環ポンプ
２１    加熱水用温度センサー
２５    冷却液用温度センサー
３０    排熱・消費熱交換器
３１    貯留タンク
３３    給湯回路
３６    浴槽循環回路
４１    貯湯循環回路（熱消費側回路）
４５    熱交換部
４６    混合弁（消費側液制御手段）
４７    循環ポンプ
１００  コージェネレーションシステム
１０１  熱源ユニット（熱源部）
１０２  貯湯ユニット（排熱利用装置）
１０５  ガスエンジン
１０７  排熱回収側循環回路
１０８  冷却液用温度センサー
１１１  循環ポンプ
１１２  排熱・消費熱交換器
１１３  加熱水用温度センサー
１２０  貯留タンク
１２２  貯湯循環回路（熱消費側回路）
１２５  バイパス流路
１２６  混合弁（消費側液制御手段）
１５０  ヒートポンプ式給湯装置
１５１  ヒートポンプユニット
１５２  貯湯ユニット
１５３  圧縮機
１５５  膨張弁
１５６  蒸発器
１５７  凝縮・消費熱交換器
１６０  ヒートポンプ回路
１６１  第１冷媒液用温度センサー
１６２  第２冷媒液用温度センサー
１７０  ヒートポンプ式給湯装置
１７１  凝縮・消費熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005828219.tif 000013
【図９】
0005828219.tif 000014
【図１０】
0005828219.tif 000015
【図１１】
0005828219.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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